WO2021259822A1

WO2021259822A1 - Universalauftriebskörper, verfahren zur herstellung eines universalauftriebskörpers und dessen verwendung

Info

Publication number: WO2021259822A1
Application number: PCT/EP2021/066745
Authority: WO
Inventors: Jochen Grossmann; Frank Adam; Marco LUTZ
Original assignee: Gicon Grossmann Ingenieur Gonsult Gmbh
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-12-30
Also published as: TW202200448A; DE102020116742B4; EP4172036A1; DE102020116742A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Universalauftriebskörper für schwimmende Offshore-Fundamente in zylindrischer Bauweise aufweisend mindestens ein Innenrohr, ein Außenrohr, einen oberen Deckel und einen unteren Deckel. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers, sowie dessen Verwendung.

Description

Universalauftriebskörper, Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers und dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft einen Universalauftriebskörperfür schwimmende Unterstrukturen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers für schwimmende Unterstrukturen und dessen Verwendung.

Bekannte schwimmende Unterstrukturen, bspw. von Windenergieanlagen werden derzeit größtenteils manuell auf Werften gefertigt und weisen zumeist zylindrische Auftriebskörper auf. Diese sind mit einer Vielzahl von u.a. aus dem Schiffbau bekannten Aussteifungen ausgebildet, welche die Steifigkeit gewährleisten. Diese Aussteifungen sind in Form von lateralen und horizontalen Rippen an den einzelnen Komponenten der zylindrischen Auftriebskörper mittels einer Vielzahl von Schweißverbindungen befestigt. Aufgrund der an Auftriebskörpern auftretenden starken Ermüdungsbelastung werden an die Schweißverbindungen erhöhte Qualitätsanforderungen gestellt, die so nachteilig dazu führen, dass die Herstellungskosten der schwimmenden Unterstrukturen in die Höhe getrieben werden. Aufgrund der hohen Werft- und Personalkosten sowie der begrenzten Werft-Kapazitäten ist derzeit eine Serienfertigung schwimmender Unterstrukturen nicht möglich.

Ebenfalls bekannt ist die Monopile-Technologie zur Fertigung von Gründungspfählen für Offshore-Bauwerke. Derartige Monopiles werden hergestellt, indem zunächst Bleche zu Rohrsegmenten, den sogenannten „Schüssen“ gebogen und die Kanten der gebogenen Schüsse geschweißt werden. Anschließend werden die fertigen Einzelschüsse zu größeren Segmenten zusammengefügt. Die Endmontage des Monopiles erfolgt durch Ausrichten der Einzelschüsse bzw. der Segmente zueinander und verschweißen der Innen- und Außenrundnähte. Nach der Endmontage der Monopiles werden diese beschichtet.

US 2015 0 329 180 A1 beschreibt einen zylindrischen Auftriebskörper für eine

Windenergieanlage mit einem Innen- und einem Außenrohr aus Stahl, der am oberen und am unterem Ende mit einem Deckel aus Stahl hermetisch abgeriegelt ist. Der Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr ist mit Zement oder Mörtel gefüllt, um die Steifigkeit des Außenrohres gegenüber dem äußeren Wasserdruck zu erhöhen.

Aus DE 10 2013222 081 A1 ist ein Tragwerk für Windkraftanlagen bekannt, welcheszylindrische Auftriebskörper aufweist. Die Auftriebskörper sind als Rohrelement mit Durchbrüchen für die Verbindung mit weiteren Auftriebskörpern ausgebildet und mit einem oberen und einem unteren Deckel verschlossen, wobei der obere Deckel eine Öffnung zur Durchführung eines Tragelements aufweist.

DE 10 2017204 121 A1 offenbart eine schwimmende Offshore-Anlage zur Umwandlung von Wind- und/oder Sonnenenergie mit einer Trageinrichtung, die Auftriebskörper aufweist. Der Auftriebsköper ist ein Hohlzylinder aus Beton, aus einem Verbundwerkstoff mit Beton oder einem Verbundwerkstoff mit Kunststoff und weist eine Deckplatte und eine Bodenplatte auf.

WO 2019 / 072 381 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer unlösbaren Verbindung zwischen zwei Werkstücken und eine Konstruktion hergestellt nach dem Verfahren zur Verwendung im Schiffsbau als Paneel zur Herstellung von Schiffssektionen Eines der Werkstücke ist ein Sandwichelement aus zwei metallischen Lagen mit einer dazwischen angeordneten Dämpfungslage aus einem viskoelastischen Polymerwerkstoff.

Daher besteht vermehrt die Forderung nach Auftriebskörpern in zylindrischer Bauweise, die als standardisierte Komponente in automatisierten oder halbautomatisierten Verfahren hergestellt werden können und ohne zeit- und fertigungsintensive Aussteifungen auskommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Universalauftriebskörper für schwimmende Unterstrukturen anzugeben, der gegenüber dem Stand der Technik ein einfaches Design aufweist und ohne aufwändig herzustellende Aussteifungen auskommt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und effizientes Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers anzugeben.

Die Aufgabe wir gelöst durch einen Universalauftriebskörper mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , vorteilhafte Ausgestaltungen geben die abhängigen Unteransprüche wieder. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 8.

Erfindungsgemäß weist ein Universalauftriebskörper für schwimmende Unterstrukturen, in zylindrischer Bauweise, mindestens folgende Komponenten auf:

- ein Innenrohr,

- ein Außenrohr,

- einen oberen Deckel und

- einen unteren Deckel. Dabei ist erfindungsgemäß das Innenrohr durch Öffnungen in den Deckeln durchgeführt und mit diesen im Bereich der Durchführung verbunden. Die Verbindung kann stoffschlüssig ausgebildet sein oder auch lösbar, z.B. durch Schrauben. Zu den stoffschlüssigen Ausbildungen zählen bekannterweise Schweißen, Löten oder Kleben. Bevorzugt ist die Verbindung stoffschlüssig, in Form von Schweißverbindungen ausgebildet.

Weiterhin erfindungsgemäß ist das Innenrohr innerhalb des Außenrohres angeordnet, und die Deckel sind beidseitig mit den Enden des Außenrohres verbunden. Ebenfalls erfindungsgemäß sind die Deckel als Sandwichelemente ausgebildet, und die Rohre sind jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss gebildet.

Die Funktion des Außenrohrs besteht in der Gewährleistung des Auftriebs des Universalauftriebskörpers.

Vorteilhaft weist ein derartiger Universalauftriebskörperkeine zusätzlichen Aussteifungen in Form von aufgeschweißten Rippen auf. Weiterhin vorteilhaft weist ein derartiger Universalauftriebskörper weniger zeit- und kostenintensive Schweißverbindungen auf und kann in automatisierten oder halbautomatisierten Verfahren hergestellt werden. Weiterhin vorteilhaft wird durch den Aufbau und die Montage des Universalauftriebskörpers die Werftzeit von schwimmenden Unterstrukturen verringert, da der Universalauftriebskörper außerhalb der Werft gefertigt werden kann und auf der Werft selbst nur die Anbindung an das schwimmende Fundament erfolgt.

Damit weist der erfindungsgemäße Universalauftriebskörper ein gänzlich anderes strukturmechanisches Prinzip als bekannte Auftriebskörper auf. Das Innenrohr des Universalauftriebskörpers ist vorteilhaft Teil der Tragstruktur der schwimmenden Unterstruktur und für den Kraftfluss zuständig. Das Innenrohr wirkt dabei als relativ steife Zug-/Druckfeder, während die Deckel als relativ weiche Biegefedern ausgebildet sind, so dass alle aus der schwimmenden Unterstruktur in den Universalauftriebsköper eingeleiteten Kräfte größtenteils über das Innenrohr durch den Universalauftriebskörper hindurch geleitet werden. Dadurch wird vorteilhaft die mechanische Beanspruchung der Deckel und des Außenrohrs so gering wie möglich gehalten. Weiterhin wird der auf das Außenrohr des Universalauftriebskörper einwirkende äußere Wasserdruck allein durch die Steifigkeit des Außenrohres aufgenommen, so dass vorteilhaft keine weiteren Versteifungen in Form von Rippen oder Füllmaterial zwischen Innen- und Außenrohr notwendig sind. Das Außenrohr, in Verbindung mit den Deckeln, welche beidseitig mit den Enden des Außenrohres verbunden sind, gewährleistet vorteilhaft den Auftrieb des Universalauftriebskörpers. Die durch den Universalauftriebskörper erzeugte Auftriebskraft entsteht an den Deckeln des Auftriebskörpers und wird vorteilhaft über das Innenrohr in die umgebende Struktur der schwimmenden Unterstruktur geleitet. Die Deckel sind dabei sehr hohen Druckkräften und daraus resultierenden Biegebeanspruchungen ausgesetzt, und sind daher als Sandwichelemente ausgebildet.

In Ausführungsformen ist der Universalauftriebskörper beidseitig an den Enden des Innenrohrs, d.h. am oberen und am unteren Ende des Innenrohrs, in die schwimmende Unterstruktur integrierbar ausgebildet.

Schwimmende Unterstrukturen im Sinne der Erfindung sind Unterstrukturen, bspw. für Windenergieanlagen, Plattformen und/oder Meeresenergiesysteme.

Ein Universalauftriebskörper im Sinne der Erfindung meint einen zylindrischen Auftriebskörper, dessen Abmessungen und Dimensionen in weiten Bereichen variiert werden können. Durch diese Skalierbarkeit des Universalauftriebskörpers kann dieser einfach in bekannte schwimmende Unterstrukturen, z.B. in Zug-Spannungs-Verankerter Bauweise (auch bezeichnet als TLP- Bauweise) oder Halbtaucher-Bauweise (auch bezeichnet als semi-submersible-Bauweise), integriert werden. In Ausführungsformen wird der Universalauftriebskörper mittels spezifizierter Adapter in schwimmende Unterstrukturen integriert.

In Ausführungsformen weisen das Innen- und das Außenrohr einen kreisförmigen Querschnitt auf.

In Ausführungsformen ist das Innenrohr einseitig mit mindestens einem Deckel verbunden. Einseitig meint dabei, dass das Innenrohr mit einer Seite der Deckel verbunden ist. Eine Seite der Deckel meint dabei die Ober- oder die Unterseite der Deckel. Die Ober- und die Unterseite der Deckel beziehen sich auf die vertikale Ausrichtung, entlang der Höhe, des Universalauftriebskörpers. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Innenrohr beidseitig mit mindestens einem Deckel verbunden. Beidseitig meint dabei, dass das Innenrohr mit der Ober und der Unterseite der Deckel verbunden ist.

In Ausführungsformen schließen sich an das Innenrohr in Richtung Meeresgrund weitere Strukturkomponenten der schwimmenden Unterstruktur an wie z.B. Ankerleinen, Schwergewichtsanker, Seile und Abspannketten. In Ausführungsformen ist das Innenrohr im Bereich der Durchführung stoffschlüssig mit den Deckeln verbunden, bevorzugt mittels Schweißverbindungen.

In Ausführungsformen ist das Innenrohr als Zentralrohr ausgebildet und zentrisch in dem Außenrohr angeordnet. Zentrisch meint dabei, dass die Zylinderachse des Innenrohrs auf der Zylinderachse des Außenrohrs angeordnet ist. Die Zylinderachse des Innen- bzw. Außenrohrs bezeichnet eine Längsachse des Innen- bzw. Außenrohres, die sich durch die Mittelpunkte der Grund- und Deckfläche entlang der Höhe des Innen- bzw. Außenrohrs erstreckt.

In Ausführungsformen sind die Deckel beidseitig mit den Enden des Außenrohres stoffschlüssig verbunden. Beidseitig meint dabei, dass jeweils ein Deckel mit einem Ende des Außenrohrs verbunden ist, wobei der untere Deckel das Außenrohr am unteren und der obere Deckel das Außenrohr am oberen Ende abschließt. Dabei kann ein Deckel jeweils einseitig oder beidseitig mit dem Außenrohr verbunden sein, d.h. die Unter- oder die Oberseite des Deckels oder die Unter- und die Oberseite des Deckels sind mit dem Außenrohr verbunden. In weiteren Ausführungsformen sind die Deckel beidseitig mit den Enden des Außenrohrs mittels Schweißverbindungen verbunden.

Die Rohre sind erfindungsgemäß jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss gebildet. Ein Stahlblechschuss im Sinne der Erfindung meint ein zu einem Zylinder gebogenes Stahlblech, wobei die Kanten des Stahlblechs miteinander verbunden sind, bevorzugt stoffschlüssig miteinander verbunden sind. In Ausführungsformen sind die Rohre jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss mittels Monopile-Technologie gebildet. In Ausführungsformen können die Stahlbleche geeigneterweise eine Wandstärke im Bereich von 50 mm bis 150 mm aufweisen. Je nach Ausgestaltung können die Stahlbleche aber auch Wandstärken aufweisen, die größer oder kleiner sind. In Ausführungsformen weisen Innenrohr und/oder Außenrohr über ihre Länge jeweils variabel ausgebildete Wandstärken aus. So ist die Wandstärke von Innenrohr und/oder Außenrohr im Bereich der Deckel dicker ausgebildet, da dort eine größere Materialbeanspruchung erfolgt und so vorteilhaft Beanspruchungen besser abgeleitet werden können.

In weiteren Ausführungsformen weist das aus mindestens einem Stahlblechschuss gebildete Innenrohr einen Innendurchmesser im Bereich von 2 m bis 5 m auf. In weiteren Ausführungsformen weist das aus mindestens einem Stahlblechschuss gebildete Außenrohr einen Innendurchmesser im Bereich von 10 m bis 15 m auf. Je nach Einsatz- und Lastfall des Universalauftriebskörpers kann es vorteilhaft sein, dass die Innendurchmesser des Innenrohrs und des Außenrohrs größere oder kleinere Durchmesser aufweisen.

In Ausführungsformen sind mehrere Stahlblechschüsse übereinander angeordnet, um Rohre einer bestimmten Länge zu bilden und den Universalauftriebskörper an verschiedene Einsatzfälle anzupassen. In weiteren Ausführungsformen sind die übereinander angeordneten Stahlblechschüsse stoffschlüssig miteinander verbunden, bevorzugt mittels schweißen.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das Innenrohr derart ausgebildet, dass der Kraftfluss, welcher durch den Universalauftriebskörper erfolgt, vorrangig über das Innenrohr geleitet wird.

In Ausführungsformen ist das Innenrohr derart ausgebildet, dass die Wandstärke der Stahlblechschüsse, aus denen das Innenrohr gebildet ist, größer ist als die Wandstärke der Stahlblechschüsse, aus denen das Außenrohr gebildet ist. Vorteilhaft weist ein derartiges Innenrohr eine hohe axiale Steifigkeit auf, so das Lasten, welche über das obere oder das untere Ende des Innenrohres in den Universalauftriebskörper eingeleitet werden, zum großen Teil über das Innenrohr direkt durch den Universalauftriebskörper geleitet werden. Insofern dient das Innenrohr als Zug-/Druckfeder. In weiteren Ausführungsformen ist das Innenrohr derart ausgebildet, dass die Wandstärke der Stahlblechschüsse, aus denen das Innenrohr gebildet ist, kleiner oder gleich ist als die Wandstärke der Stahlblechschüsse, aus denen das Außenrohr gebildet ist.

In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Sandwichelemente jeweils mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten und ein zwischen den Stahlplatten angeordnetes Füllmaterial.

Vorteilhaft kann ein derart ausgebildeter Deckel den hohen Beanspruchungen durch den Wasserdruck im Einsatz standhalten. Weiterhin vorteilhaft ist ein derartiger Deckel leichter und schneller zu fertigen als bekannte Deckel und weist gegenüber dem Stand der Technik keine aufwendigen Aussteifungen in Form von verschweißten Rippen auf.

In Ausführungsformen sind die Stahlplatten aus mehreren Lagen stoffschlüssig verbundener Stahlbleche gebildet. Dabei sind die mehreren Lagen in vertikaler Richtung derart miteinander verbunden, dass eine Stahlplatte geeigneter Dicken gebildet wird. Je nach Einsatz- und Lastfall des Universalauftriebskörpers kann es vorteilhaft sein, dass die Stahlplatten größere oder geringere Dicken aufweisen. In Ausführungsformen weisen die Stahlplatten eine Dicke im Bereich von 10 mm bis 40 mm auf.

Vorteilhaft gewährleisten die Deckel durch ihren Aufbau die Tragfähigkeit des Universalauftriebskörpers, da diese verglichen mit dem Innenrohr, eine geringere Steifigkeit und Eigenschaften einer Biegefeder aufweisen. Dadurch werden Krafteinflüsse oder Stöße, die z.B. aus der umgebenden Unterstruktur in den Auftriebskörper geleitet werden, primär über das Innenrohr durch den Auftriebskörper geleitet und nur in geringen Maße über das Außenrohr geleitet, so dass die Deckel und das Außenrohrs entlastet werden.

In Ausführungsformen weisen die Stahlplatten der Deckel eine planare Form aufund bilden einen planaren Deckel. In Ausführungsformen weisen die Stahlplatten der Deckel eine konische Form auf und bilden einen konischen Deckel. Ein konischer Deckel im Sinne der Erfindung meint einen Kegelstumpf, wobei die Deckfläche des Kegelstumpfs der Öffnung zur Durchführung des Innenrohrs entspricht. In einer Ausführungsform weisen die Stahlplatten der Deckel eine gebogene Form auf und bilden einen gebogenen Deckel. Vorteilhaft weisen die Stahlplatten der Deckel im Verbindungsbereich zum Innen- und/oder Außenrohr eine Biegung auf.

In bevorzugten Ausführungsformen ist mindestens ein Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der mindestens eine Deckel senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des Deckels parallel zueinander beabstandet angeordnet sind. Somit schließt der mindestens eine derart ausgebildete Deckel bündig mit dem Außenrohr ab.

Vorteilhaft ist derartiger Deckel planar und leichter zu fertigen. Weiterhin vorteilhaft erfordert ein solcher Deckel weniger Material in der Fertigung. Weiterhin vorteilhaft kann bei derartigen Deckeln das Innenrohr kürzer ausgebildet sein.

In Ausführungsformen sind die Stahlplatten geeigneterweise 150 mm bis 500 mm parallel voneinander beabstandet angeordnet. Je nach Ausgestaltung können die Stahlplatten auch in größeren oder geringeren Abständen parallel voneinander beabstandet angeordnet sein.

In Ausführungsformen sind beide Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass beide Deckel senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten der Deckel parallel zueinander beabstandet angeordnet sind. In Ausführungsformen bildet eine Stahlplatte eines Deckels die Oberseite des Deckels und eine weitere Stahlplatte die Unterseite des Deckels.

In bevorzugten Ausführungsformen ist mindestens ein Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der mindestens eine Deckel in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des Deckels derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunimmt. Diese Ausbildung des Deckels wird auch als konische Ausbildung, konischer Deckel bzw. konische Form bezeichnet.

Vorteilhaft ist ein derartiger Deckel konisch ausgebildet und hält höheren Beanspruchungen durch den Wasserdruck im Einsatzfall stand. Weiterhin vorteilhaft weist ein derartiger konisch ausgebildeter Deckel durch seine höhere mechanische Steifigkeit eine bessere Lastverteilung auf.

In Ausführungsformen sind beide Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass die Deckel jeweils in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten der Deckel derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunimmt.

In Ausführungsformen nimmt der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zu und liegt geeigneterweise jeweils in einem Bereich von 150 mm bis 500 mm. Je nach Ausgestaltung kann der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunehmen und in einem größeren oder geringeren Bereich liegen.

In Ausführungsformen ist der obere Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der obere Deckel senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des oberen Deckels parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, und der untere Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der untere Deckel in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des unteren Deckels derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunimmt.

In Ausführungsformen ist der untere Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der untere Deckel senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des unteren Deckels parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, und der obere Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden, dass der obere Deckel in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des oberen Deckels derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunimmt.

In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Stahlplatten der Sandwichelemente und/oder das Innenrohr mindestens ein Loch auf, welches die Einfüllung und Anordnung des Füllmaterials zwischen den Stahlplatten eines Sandwichelements ermöglichen.

Vorteilhaft wird so das einfache Einfüllen des Füllmaterials ermöglicht, um die Sandwichelemente auszubilden.

In Ausführungsformen hat das mindestens eine Loch zum Einfüllen des Füllmaterials geeigneterweise einen Durchmesser im Bereich von 100 mm bis 300 mm. Je nach Ausgestaltung kann das mindestens eine Loch auch geringere oder größere Durchmesser aufweisen. In Ausführungsformen weisen die Stahlplatten und/oder das Innenrohr eine Vielzahl von Löchern auf, die vorteilhaft das gleichzeitige und damit gleichmäßige Einfüllen des Füllmaterials ermöglichen. Weiterhin vorteilhaft erfolgt das Einfüllen des Füllmaterials schneller.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das Füllmaterial ausgewählt aus der Gruppe umfassend Beton, Harz und Abfälle.

Vorteilhaft wird dadurch ein hoch beanspruchbarer Deckel ohne Aussteifungen in Form von angeschweißten Rippen gebildet.

Harze im Sinne der Erfindung sind Kunstharze, wie bspw. Epoxidharze. Weiterhin zur Erfindung gehört ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers in zylindrischer Bauweise.

Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers in zylindrischer Bauweise aus einem Innenrohr, einem Außenrohr, einem unteren Deckelund einem oberen Deckel, mindestens die Schritte a) Fertigung eines Außen- und eines Innenrohres durch Monopile-Technologie, b) Bereitstellen eines Innenrohrs, eines Außenrohrs, einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten Stahlplatte und eines Füllmaterials, wobei die Rohre jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss bestehen, und wobei die Stahlplatten mindestens jeweils eine Öffnung zur Durchführung des Innenrohrs aufweisen, und jeweils mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten und das zwischen den Stahlplatten angeordnete Füllmaterial den unteren und den oberen Deckel bilden, c) Einsetzen des Außenrohrs in einen Montagestand, d) Einsetzen des Innenrohrs in das Außenrohr im Montagestand, e) Einsetzen der ersten Stahlplatte in den Montagestand derart, dass diese auf der Höhe des unteren Endes des Außenrohres angeordnet wird und die Öffnung der ersten Stahlplatte das Innenrohr aufnimmt, und anschließendes Verbinden der ersten Stahlplatte mit dem Außen- und dem Innenrohr, f) Wiederholung von Schritt d) mit der zweiten, der dritten und der vierten Stahlplatte, wobei die zweite Stahlplatte gerichtet beabstandet zur ersten Stahlplatte angeordnet wird, die dritte Stahlplatte gerichtet beabstandet zur zweiten Stahlplatte angeordnet wird, und die vierte Stahlplatte gerichtet beabstandet zur dritten Stahlplatte am oberen Ende des Außenrohres angeordnet wird, g) Einfüllen des Füllmaterials zwischen der ersten und der zweiten Stahlplatte, um den als Sandwichelement ausgebildeten unteren Deckel zu bilden, h) Einfüllen des Füllmaterials zwischen der dritten und der vierten Stahlplatte, um den als Sandwichelement ausgebildeten oberen Deckel zu bilden, i) Aushärten des Füllmaterials.

Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die kosteneffiziente Herstellung eines Universalauftriebskörpers ohne Aussteifungen in Form von angeschweißten Rippen.

In Ausführungsformen erfolgt das Verfahren in der Reihenfolge a), b), c), d), e), f), g), h) und i). Vorteilhaft weisen mittels Monopile-Technologie gefertigte Innen- und Außenrohre ein einfaches strukturelles Design auf, sind schnell automatisiert oder halbautomatisiert und skalierbar zu fertigen und tragen damit zur Kostensenkung des Universalauftriebskörpers bei.

In Ausführungsformen werden in Schritt b) Stahlplatten bereitgestellt, die aus mehreren Lagen stoffschlüssig verbundener Stahlbleche gebildet sind. In weiteren Ausführungsformen werden in Schritt b) Stahlplatten bereitgestellt, die geeigneterweise eine Dicke im Bereich von 10 mm bis 40 mm aufweisen. In weiteren Ausführungsformen werden in Schritt b) Stahlplatten bereitgestellt, die eine geringere oder eine größere Dicke aufweisen.

In Ausführungsformen wird in Schritt c) das Außenrohr aufrecht in den Montagestand eingesetzt. Aufrecht meint dabei, dass die Zylinderachse des Außenrohrs im Montagestand vertikal ausgerichtet ist.

In Ausführungsformen wird in Schritt d) das Innenrohr zentrisch in das Außenrohr im Montagestand eingesetzt. Das Einsetzen des Innen- und des Außenrohrs in den Montagestand erfolgt in Ausführungsformen mittels eines Krans.

In Ausführungsformen erfolgt das Verbinden in Schritt e) und f) mittels schweißen. In weiteren Ausführungsformen erfolgt das Verbinden in Schritt e) und f) einseitig oder beidseitig. Einseitig meint dabei, dass eine Seite der ersten Stahlplatte mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden wird. Eine Seite der ersten Stahlplatte meint die Ober- oder die Unterseite der ersten Stahlplatte. Beidseitig meint, dass die Ober- und die Unterseite der ersten Stahlplatte mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden werden.

In Ausführungsformen wird in Schritt f) die zweite Stahlplatte gerichtet beabstandet im Bereich von 150 mm bis 500 mm zur ersten Stahlplatte angeordnet.

In Ausführungsformen wird in Schritt f) die dritte Stahlplatte gerichtet beabstandet im Bereich von 5 m bis 15 m zur zweiten Stahlplatte angeordnet.

In Ausführungsformen wird in Schritt f) die vierte Stahlplatte gerichtet beabstandet geeigneterweise im Bereich von 150 mm bis 500 mm zur dritten Stahlplatte angeordnet.

In Ausführungsformen werden die zweite, die dritte und die vierte Stahlplatte in geringeren oder größeren Abständen zueinander gerichtet abgeordnet. In Ausführungsformen erfolgen die Schritte g) und h) gleichzeitig.

In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers in zylindrischer Bauweise aus einem Innenrohr, einem Außenrohr, einem unteren Deckel undeinem oberen Deckel, mindestens die Schritte: i. Fertigung eines Außen- und eines Innenrohres durch Monopile-Technologie, ii. Bereitstellen eines Innenrohrs, eines Außenrohrs, eines unteren Deckels und eines oberen Deckels, wobei die Rohre jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss bestehen, und wobei die Deckel mindestens jeweils eine Öffnung zur Durchführung des Innenrohrs aufweisen, und die Deckel als Sandwichelemente aus jeweils mindestens zwei zueinander beabstandet angeordneten Stahlplatten und ein zwischen den Stahlplatten angeordnetem Füllmaterial ausgebildet sind, iii. Einsetzen des Außenrohrs in einen Montagestand, iv. Einsetzen des Innenrohrs in das Außenrohr im Montagestand, v. Einsetzen des unteren Deckels in den Montagestand derart, dass dieser auf der Höhe des unteren Endes des Außenrohres angeordnet wird und die Öffnung des unteren Deckels das Innenrohr aufnimmt, und anschließendes Verbinden des unteren Deckels mit dem Außen- und dem Innenrohr, vi. Einsetzen des oberen Deckels in den Montagestand derart, dass dieser auf der Höhe des oberen Endes des Außenrohres angeordnet wird und die Öffnung des oberen Deckels das Innenrohr aufnimmt, und anschließendes Verbinden des oberen Deckels mit dem Außen- und dem Innenrohr.

In Ausführungsformen wird in Schritt iv. das Innenrohr zentrisch in das Außenrohr im Montagestand eingesetzt. Das Einsetzen des Innen- und des Außenrohrs in den Montagestand erfolgt in Ausführungsformen mittels eines Krans.

In Ausführungsformen erfolgt das Verbinden in Schritt v. und vi. mittels schweißen. In weiteren Ausführungsformen erfolgt das Verbinden in Schritt v. und vi. einseitig oder beidseitig. Einseitig meint dabei, dass eine Seite der Deckel mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden wird. Eine Seite der Deckel meint die Ober- oder die Unterseite der Deckel. Beidseitig meint, dass die Ober- und die Unterseite der Deckel mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden werden. In bevorzugten Ausführungsformen erfolgtdas Einfüllen und Anordnen des Füllmaterials in Schritt g) und/oder h) durch mindestens ein Loch in den Stahlplatten und/oder dem Innenrohr.

Vorteilhaft wird dadurch das das einfache Einfüllen des Füllmaterials ermöglicht, um den unteren und oberen Deckel als Sandwichelemente auszubilden.

In Ausführungsformen hat das mindestens eine Loch zum Einfüllen des Füllmaterials geeigneterweise einen Durchmesser im Bereich von 100 mm bis 300 mm. Je nach Ausgestaltung kann das mindestens eine Loch auch geringere oder größere Durchmesser aufweisen. In Ausführungsformen weisen die Stahlplatten und/oder das Innenrohr eine Vielzahl von Löchern auf, die das gleichzeitige und damit beschleunigte Einfüllen des Füllmaterials ermöglichen.

In Ausführungsformen weisen die Komponenten des erfindungsgemäßen Universalauftriebskörpers zumindest teilweise einen Korrosionsschutz auf. Bei der Art und Aufbringung dieses Korrosionsschutzes handelt es sich um bekannte Techniken, wie z.B. die Ausbildung dickerer Wandstärken, Lackierung oder das Aufbringen kathodischer elektrochemischer Korrosionsschutztechniken.

Weiterhin zur Erfindung gehört die Verwendung mindestens eines erfindungsgemäßen Universalauftriebskörpers und/oder eines Universalauftriebskörpers, hergestellt durch ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schwimmenden Unterstruktur einer Windenergieanlage, einer schwimmenden Plattform und/odereines Meeresenergiesystem.

Eine Windenergieanlage im Sinne der Erfindung umfasst u.a. eine Offshore-Windenergieanlage. Eine schwimmende Plattform im Sinne der Erfindung meint eine schwimmende Bohrplattform, eine schwimmende Konverterplattform auch bezeichnet als schwimmende Umspannplattform, eine schwimmende Arbeitsplattform oder eine schwimmende Mehrzweckplattform.

Ein Meeresenergiesystem im Sinne der Erfindung meint Energiesysteme zur Nutzung der Meeresenergie, wie bspw. Kraftwerke zur Nutzung der Gezeiten, der Meeresströmungen, der Wellen, des Salz- oder Temperaturgradienten.

Weiterhin zur Erfindung gehört eine schwimmende Unterstruktur einer Windenergieanlage, einer schwimmenden Plattform und/oder eines Meeresenergiesystem, aufweisend mindestens einen erfindungsgemäßen Universalauftriebskörper. Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in zweckmäßiger Anordnung miteinander zu kombinieren.

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.

Dabei zeigen

Fig. 1 einen zylindrischen Universalauftriebskörper mit planaren oberen und unteren Deckeln und einen Längsschnitt des Universalauftriebskörpers,

Fig. 2 Detailansichten der markierten Bereiche A, B in Fig. 1 ,

Fig. 3 einen zylindrischen Universalauftriebskörper mit konischen oberen und unteren Deckeln und einen Längsschnitt des Universalauftriebskörpers,

Fig. 4 Detailansichten der markierten Bereiche C, D in Fig. 3.

Fig. 5 schematisch die Integration eines erfindungsgemäßen Universalauftriebskörpers in die schwimmende Unterstruktur.

Beispiel 1 : Universalauftriebskörper mit planaren Deckeln

Ein Universalauftriebskörper 1 in zylindrischer Bauweise mit planaren Deckeln weist entsprechend Fig. 1 ein Innenrohr 10, ein Außenrohr 11 , einen oberen Deckel 12 und einen unteren Deckel 13 auf. In Fig. 1 ist zu erkennen, dass das Innenrohr 10 durch Öffnungen im oberen und unteren Deckel 12, 13 durchgeführt ist. Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass die Deckel 12, 13 senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr 10, 11 angeordnet sind. Die Deckel 12, 13 sind mit dem Innenrohr 11 im Bereich der Durchführung und mit den Enden des Außenrohrs 11 verbunden.

Fig. 2 zeigt Detail A und B exemplarisch am Bsp. des oberen Deckels 12 aus Fig. 1. Detailansicht A in Fig. 2 zeigt die Verbindung des oberen Deckels 12 mit dem Innenrohr 10. Der obere Deckel 12 ist als Sandwichelement, umfassend zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten 121 und ein zwischen den Stahlplatten angeordnetes Füllmaterial 122 wie Beton ausgebildet. Detailansicht B in Fig. 2 zeigt die Verbindung oberen Deckels 12 mit dem Außenrohr 11. Weiterhin lässt sich den Detailansichten A und B in Fig. 2 entnehmen, dass der obere Deckel 12 senkrecht gegenüber dem Innenrohr 10 und dem Außenrohr 11 angeordnet ist. Die Stahlplatten 121 des oberen Deckels 12 sind parallel voneinander beabstandet.

Fig. 5 zeigt die Integration des Universalauftriebskörpers 1 aus Fig. 1 in die schwimmende Unterstruktur. Die Integration erfolgt mittels spezifizierter Adapter 14 beidseitig an den Enden des Innenrohres 10, d.h. am oberen und am unteren Ende des Innenrohrs 10.

Beispiel 2: Universalauftriebskörper mit konischen Deckeln

Ein Universalauftriebskörper 1 in zylindrischer Bauweise mit konischen Deckeln weist entsprechend Fig. 3 ein Innenrohr 10, ein Außenrohr 11 , einen oberen Deckel 12 und einen unteren Deckel 13 auf. In Fig. 3 ist zu erkennen, dass das Innenrohr 10 durch Öffnungen im oberen und unteren Deckel 12, 13 durchgeführt ist. Weiterhin ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Deckel 12, 13 derart mit dem Innen- und dem Außenrohr 10, 11 verbunden sind, dass die Deckel 12, 13 in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr 10 und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr 11 angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt Detail C und D exemplarisch am Bsp. des oberen Deckels 12 aus Fig. 3. Detailansicht C in Fig. 2 zeigt die Verbindung des oberen Deckels 12 mit dem Innenrohr 10. Der obere Deckel 12 ist als Sandwichelement, umfassend zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten 121 und ein zwischen den Stahlplatten angeordnetes Füllmaterial 122 wie Beton ausgebildet. Detailansicht D in Fig. 4 zeigt die Verbindung oberen Deckels 12 mit dem Außenrohr 11. Weiterhin lässt sich den Detailansichten C und D in Fig. 2 entnehmen, dass die zwei Stahlplatten 121 des oberen Deckels 12 derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den Stahlplatten 121 radial vom Außenrohr 11 zum Innenrohr 10 zunimmt.

Bezugszeichen

I Universalauftriebskörper

10 Innenrohr

I I Außenrohr

12 Oberer Deckel

121 Stahlplatte

122 Füllmaterial

13 Unterer Deckel

14 Adapter

Claims

Patentansprüche

1. Universalauftriebskörper für schwimmende Unterstrukturen, in zylindrischer Bauweise, aufweisend mindestens folgende Komponenten:

- ein Innenrohr,

- ein Außenrohr,

- einen oberen Deckel und

- einen unteren Deckel, wobei das Innenrohr durch Öffnungen in den Deckeln durchgeführt und mit diesen im Bereich der Durchführung verbunden ist, und wobei das Innenrohr innerhalb des Außenrohres angeordnet ist, und wobei die Deckel beidseitig mit den Enden des Außenrohres verbunden sind, und wobei die Deckel als Sandwichelemente ausgebildet sind, und die Rohre jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss gebildet sind.

2. Universalauftriebskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr derart ausgebildet ist, dass der Kraftfluss, welcher durch den Universalauftriebskörper erfolgt, vorrangig über das Innenrohr geleitet wird.

3. Universalauftriebskörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichelemente jeweils mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten und ein zwischen den Stahlplatten angeordnetes Füllmaterial umfassen.

4. Universalauftriebskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden ist, dass der mindestens eine Deckel senkrecht gegenüber dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des Deckels parallel zueinander beabstandet angeordnet sind.

5. Universalauftriebskörper nach Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Deckel derart mit dem Innen- und dem Außenrohr verbunden ist, dass der mindestens eine Deckel in einem Winkel von kleiner als 90° gegenüber dem Innenrohr und in einem Winkel von größer 90° gegenüber dem Außenrohr angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Stahlplatten des Deckels derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Stahlplatten radial vom Außenrohr zum Innenrohr zunimmt.

6. Universalauftriebskörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatten der Sandwichelemente und/oder das Innenrohr mindestens ein Loch aufweisen, welches die Einfüllung und Anordnung des Füllmaterials zwischen den Stahlplatten eines Sandwichelements ermöglicht.

7. Universalauftriebskörper nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Beton, Harz und Abfälle.

8. Verfahren zur Herstellung eines Universalauftriebskörpers in zylindrischer Bauweise aus einem Innenrohr, einem Außenrohr, einem unteren Deckel und einem oberen Deckel, umfassend mindestens die Schritte a) Fertigung eines Außen- und eines Innenrohres durch Monopile-Technologie, b) Bereitstellen eines Innenrohrs, eines Außenrohrs, einer ersten, einer zweiten, einer dritten und einer vierten Stahlplatte und eines Füllmaterials, wobei die Rohre jeweils aus mindestens einem Stahlblechschuss bestehen, und wobei die Stahlplatten mindestens jeweils eine Öffnung zur Durchführung des Innenrohrs aufweisen, und jeweils mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Stahlplatten und das zwischen den Stahlplatten angeordnete Füllmaterial den unteren und den oberen Deckel bilden, c) Einsetzen des Außenrohrs in einen Montagestand, d) Einsetzen des Innenrohrs in das Außenrohr im Montagestand, e) Einsetzen der ersten Stahlplatte in den Montagestand derart, dass diese auf der Höhe des unteren Endes des Außenrohres angeordnet wird und die Öffnung der ersten Stahlplatte das Innenrohr aufnimmt, und anschließendes Verbinden der ersten Stahlplatte mit dem Außen- und dem Innenrohr, f) Wiederholung von Schritt d) mit der zweiten, der dritten und der vierten Stahlplatte, wobei die zweite Stahlplatte gerichtet beabstandet zur ersten Stahlplatte angeordnet wird, die dritte Stahlplatte gerichtet beabstandet zur zweiten Stahlplatte angeordnet wird, und die vierte Stahlplatte gerichtet beabstandet zur dritten Stahlplatte am oberen Ende des Außenrohres angeordnet wird, g) Einfüllen des Füllmaterials zwischen der ersten und der zweiten Stahlplatte, um den als Sandwichelement ausgebildeten unteren Deckel zu bilden, h) Einfüllen des Füllmaterials zwischen der dritten und der vierten Stahlplatte, um den als Sandwichelement ausgebildeten oberen Deckel zu bilden, i) Aushärten des Füllmaterials.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllen und Anordnen des Füllmaterials durch mindestens ein Loch in den Stahlplatten und/oder dem Innenrohr erfolgt.

10. Verwendung mindestens eines Universalauftriebskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder eines Universalauftriebskörpers, hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 in einer schwimmenden Unterstruktur einer Windenergieanlage, einer schwimmenden Plattform und/oder eines Meeresenergiesystems.

11. Schwimmende Unterstruktur einer Windenergieanlage, einer schwimmenden Plattform und/oder eines Meeresenergiesystems, aufweisend mindestens einen Universalauftriebskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7.